CN110273105A - 一种高速工具钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速工具钢，成分为：0.85～0.90wt％的C；0.30～0.45wt％的Si；0.20～0.40wt％的Mn；≤0.025wt％的P；≤0.005wt％的S；4.10～4.40wt％的Cr；5.20～5.50wt％的Mo；1.90～2.20wt％的V；6.20～6.50wt％的W；≤0.30wt％的Ni；≤0.25wt％的Cu；0.001～0.005wt％的As；0.001～0.005wt％的Sn；0.0005～0.0015wt％的Pb；0.02～0.025wt％的Al；0.00005～0.00015wt％的H，余量为Fe。本发明采用高Mo低W，能够使高速钢的晶粒细化，提高钢的淬透性，从而提高高速钢的强度和延展性；V含量控制在2wt％左右，能够细化组织和晶粒，使高速工具钢具有良好的性能。

Description

一种高速工具钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢材技术领域，尤其涉及一种高速工具钢及其制备方法。

背景技术

随着高速钢技术的成熟，高速钢的应用已经超出了作为切削工具的范围，火箭和飞机需要的高强度、高耐回火性的材料，高温轴承及螺栓，各种冷作、热作模具钢，型材轧辊等，均可以应用高速钢。从世界范围看，高速钢属于发展已经趋于成熟且尚有潜力的材料。现代机械制造业正在向“高速、精密、复合、智能和环保”的方向进步，而高速加工在其中扮演着重要的角色。在发达国家，围绕高速、高效切削，不仅在技术开发方面投入了大量精力，而且在应用推广方面取得了前所未有的进展。每年都会有在制造技术和装备市场上见到为此目的而推出的新技术、新工艺、新装备，以及新型高效切削刀具和各种配套技术设施。可以说，高速、高效加工已经成为国际制造技术发展的一个趋势。高效切削在我国汽车、航空航天、发电设备、能源设备、精密大型模具等领域也已获得迅速的发展应用。现代制造技术的发展为我国高速钢的发展提供了广阔的发展空间。

高速工具钢主要用于制造要求耐磨性与韧性较好配合的刃具(齿轮铣刀、插齿刀等)，由于高速工具钢中合金含量较高，钢的导热性差、变形抗力大，在热加工过程中易氧化脱碳，过热过烧危险性大，加之其特殊的使用性能，要求其具有良好的表面质量和优良的组织性能。

因此如何获得表面质量和组织性能良好的高速工具钢成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高速工具钢及其制备方法，本发明提供的方法制备的高速工具钢具有良好的表面质量和组织性能。

本发明提供了一种高速工具钢，成分为：

0.85～0.90wt％的C；

0.30～0.45wt％的Si；

0.20～0.40wt％的Mn；

≤0.025wt％的P；

≤0.005wt％的S；

4.10～4.40wt％的Cr；

5.20～5.50wt％的Mo；

1.90～2.20wt％的V；

6.20～6.50wt％的W；

≤0.30wt％的Ni；

≤0.25wt％的Cu；

0.003～0.005wt％的As；

0.003～0.005wt％的Sn；

0.0005～0.0015wt％的Pb；

0.02～0.025wt％的Al；

0.00005～0.00015wt％的H；

余量为Fe。

在本发明中，所述C的质量含量优选为0.86～0.89％，更优选为0.87～0.88％；所述Si的质量含量优选为0.35～0.4％，更优选为0.36～0.38％；所述Mn的质量含量优选为0.25～0.35％，更优选为0.28～0.32％，最优选为0.3％；所述P的质量含量优选≤0.020％，更优选≤0.01％；所述S的质量含量优选为≤0.003％，更优选≤0.001％；所述Cr的质量含量优选为4.20～4.30％；所述Mo的质量含量优选为5.30～5.40％；所述V的质量含量优选为1.95～2.15％；所述W的质量含量优选为6.30～6.40wt％；所述Ni的质量含量优选为≤0.25％，更优选≤0.2％；所述Cu的质量含量优选为≤0.20％，更优选为≤0.1％；所述As的质量含量优选为0.001～0.004％；所述Sn的质量含量优选为0.001～0.004％；所述Pb的质量含量优选为0.0008～0.0012％，更优选为0.001％；所述Al的质量含量优选为0.020％；所述H的质量含量优选为0.00008～0.00012％，更优选为0.0001％。

在本发明中，所述高速工具钢的成分优选为：0.88wt％的C；0.385wt％的Si；0.27wt％的Mn；0.025wt％的P；0.003wt％的S；4.24wt％的Cr；5.28wt％的Mo；1.99wt％的V；6.27wt％的W；0.13wt％的Ni；0.11wt％的Cu；0.004wt％的As；0.004wt％的Sn；0.001wt％的Pb；0.022wt％的Al；0.0001wt％的H；余量为Fe。

本发明提供了一种上述技术方案所述的高速工具钢的制备方法，包括：

将合金原料依次进行EF熔炼、LF精炼和VD精炼，然后进行模铸、开坯、轧制和退火，得到高速工具钢。

在本发明中，所述高速工具钢的成分与上述技术方案所述高速工具钢的成分一致，在此不再赘述。

本发明对所述合金原料的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的用于制备高速工具钢的合金原料即可，所述合金原料包括上述技术方案所述高速工具钢中所含的合金元素成分即可，所述合金原料可以包括含有合金元素的铁合金或高速工具钢中各成分元素的单质原料。

在本发明中，所述合金原料可以为由清洁、干燥的碳合结钢切头，本钢或类似本钢的返回料(包含钢渣)，铁合金，低P(P≤0.030％)、S生铁，结构件等原料构成。

在本发明中，所述合金原料尺寸规格优选满足合格入炉钢铁料尺寸的规定，优选最大尺寸≤800mm；单重≤1500kg。

本发明对所述合金原料中各原料的配料没有特殊的限制，按照本领域技术人员熟知的制备高速工具钢过程中的配料方法进行配料即可，本发明中合金原料的配料使获得的各成分元素的含量满足上述技术方案所述高速工具钢中各元素成分的含量即可。在本发明中，所述合金原料配料时优选大料比例≤40％。

在本发明中，所述合金原料配料过程中优选C含量≥预获得的高速工具钢中C含量+0.2wt％；Si含量≤0.4wt％，其它元素不超出预获得的高速工具钢中各元素的质量含量即可；所述配料过程中配料重量优选考虑钢水注余量，常规钢锭钢水注余量优选≥500kg，锻造用钢锭钢水注余量优选≥1500kg；所述配料过程中优选注意料型搭配，使电炉装料入炉次数优选≤2次。

在本发明中，所述EF熔炼(电炉熔炼)过程中优选钢包炉体不同时使用新炉、新钢包冶炼；采用红热钢包，且出钢前10分钟红包到位接钢；钢包烘烤水份充分排除，包口无黑烟；钢包内部残渣清理干净，透气砖处残钢清理干净，确保在钢液加热和抽真空过程中，吹氩畅通。

在本发明中，所述电炉熔炼过程中优选仔细检查炉况，当炉况不好时应局部快速补炉，达到换炉标准时及时换炉。

在本发明中，所述电熔熔炼过程中优选装入合金原料前炉底垫石灰，然后再装入合金原料，送电熔化；所述石灰的用量优选为780～820kg，更优选为800kg。

在本发明中，所述电炉熔炼优选包括炉料全熔、氧化、预还原和出钢。

在本发明中，所述炉料全熔过程中的温度优选≥1580℃，更优选为1580～1600℃；优选低压深吹氧，流渣去Si、去Mn，充分搅拌取样全分析。

在本发明中，所述氧化过程中优选≥1600℃，更优选为1600～1620℃吹氧脱碳，去气、去夹渣，流渣部分，根据氧化末期钢液中Cr含量合理控制终点C含量。

在本发明中，所述预还原过程中优选加入石灰和萤石；所述石灰的加入量优选为380～420kg，更优选为400kg；所述预还原过程中采用的脱氧剂优选为CaSi粉脱氧剂和Al块；所述CaSi粉脱氧剂的用量优选为90～110kg/炉，更优选为100kg/炉；所述Al块的用量优选为120～140kg/炉，更优选为130kg/炉；所述预还原过程中优选采用C粉进行还原，所述预还原的时间优选≥10min，更优选为12～14min；所述预还原过程中优选辅吹氩气搅拌；所述预还原过程中优选在钢液脱氧及流动性良好条件下，流渣部分，取样全分析，根据分析结果按预获得的高速工具钢中各元素含量下限调整成分(易氧化元素如V等在LF精炼过程中调整)。

在本发明中，所述出钢过程中优选温度为1620～1640℃时钢渣混冲出钢；所述出钢过程中优选吹Ar气和出钢量为1/3时加入Fe-Mo合金和Fe-W合金；所述出钢完毕后优选钢包及时除渣然后进入LF精炼过程。

在本发明中，进入LF精炼即钢包精炼的条件优选为温度≥1550℃，更优选为1550～1570℃，渣厚≤35mm，更优选≤20mm，最优选为16～18mm；优选尽量多除去预还原渣。

在本发明中，所述LF精炼过程中优选将电炉熔炼后的合金液除渣进入LF炉，测量渣厚，测量温度、喂Al线、调整氩气流量；所述Al线的加入量优选为90～110m/炉，更优选为100m/炉。

在本发明中，所述LF精炼过程中所加入的渣料优选包括石灰和精炼渣，所述石灰的加入量优选为490～510kg，更优选为500kg。在本发明中，所述精炼渣的成分优选包括：

78～84wt％的Al₂O₃；

≤1.0wt％的SiO₂；

4～10wt％的CaO；

5～10wt％的MgO；

≤0.2wt％的C；

≤2.0wt％的CaF₂；

≤2.0wt％的Fe₂O₃；

≤2.0wt％的TiO₂；

≤0.035wt％的P；

≤0.05wt％的S；

≤0.5wt％的H₂O。

在本发明中，所述Al₂O₃的质量含量优选为80～82％，更优选为81％；所述SiO₂的质量含量优选为0.1～0.9％，更优选为0.3～0.7％，最优选为0.4～0.6％；所述CaO的质量含量优选为5～9％，更优选为6～8％，最优选为7％；所述MgO的质量含量优选为6～9％，更优选为7～8％；所述C的质量含量优选为0.1～0.15％；所述CaF₂的质量含量优选为1～1.5％；所述Fe₂O₃的质量含量优选为1～1.5％；所述TiO₂的质量含量优选为1～1.5％；所述P的质量含量优选≤0.02％，更优选≤0.01％；所述S的质量含量优选≤0.03％，更优选≤0.02％；所述H₂O的质量含量优选为0.1～0.4％，更优选为0.2～0.3％。

本发明对所述精炼渣的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得，如可采用攀枝花市饶丰商贸有限公司提供的80预熔型精炼渣。

在本发明中，所述精炼渣的加入量优选为390～410kg，更优选为400kg；所述LF精炼过程中精炼初期优选根据渣厚进行补加石灰和精炼渣，所述渣厚≤20mm时，不补加石灰和精炼渣，所述渣厚为21～25mm时，不补加精炼渣，补加45～55kg的石灰，优选为50kg的石灰，所述渣厚为26～30mm时，补加45～55kg的精炼渣，优选为50kg的精炼渣，同时补加140～160kg的石灰，优选为150kg的石灰，所述渣厚为31～35mm时，补加90～110kg的精炼渣，优选为100kg的精炼渣，同时补加240～260kg的石灰，优选为250kg的石灰。

在本发明中，所述LF精炼过程中优选进行还原，所述还原优选采用碳粉(可由市场购买获得，如由江油市鑫泽发展有限公司提供)和钢渣友(可由市场购买获得，如由焦作市诚兴冶金炉料有限公司提供)作为还原剂进行还原，所述C粉的用量优选为60～100kg/炉，更优选为70～90kg/炉，最优选为80kg/炉；所述钢渣友的用量优选为240～260kg/炉，更优选为250kg/炉；所述钢渣友的加入方式优选为精炼10min加入140～160kg，优选为150kg钢渣友，精炼间隔10min后加入40～60kg钢渣友，优选为50kg钢渣友，再次精炼间隔10min后加入20～40kg钢渣友，优选为30kg钢渣友，再次精炼间隔10min后加入10～30kg钢渣友，优选为20kg钢渣友。

在本发明中，所述LF精炼过程中优选还原彻底、渣白，取样分析(包括全Al)，样回，根据分析结果调整全Al至0.03～0.04％；所述LF精炼过程中优选白渣保持时间≥15min，精炼后期加入C粉保持还原气氛；所述LF精炼过程中优选根据取样分析结果，按预获得的高速工具钢化学成分控制调整化学成分。

在本发明中，所述LF精炼过程中优选保持好还原气氛，加强吹Ar搅拌，迅速脱S，不采用硅粉还原，LF精炼后期不对钢液中的Al进行调整。

在本发明中，所述LF精炼过程中优选精炼后期控制终渣成分包括：

48～55wt％的CaO；

8～10wt％的SiO₂；

30～35wt％的Al₂O₃；

4～8wt％的MgO。

在本发明中，所述CaO的质量含量优选为50～53％，更优选为51～52％；所述SiO₂的质量含量优选为9％；所述Al₂O₃的质量含量优选为31～34％，更优选为32～33％；所述MgO的质量含量优选为5～7％，更优选为6％。

在本发明中，所述LF精炼过程中优选确保合金化好，取样全分析，当化学成分进入内控、S≤0.008％，吊包温度≥1620℃，优选为1590～1610℃后除渣1/2后进入VD精炼。

在本发明中，所述EF熔炼和LF精炼过程中所用辅料要求优选为石灰，优选块度为30～80mm，更优选为40～70mm，最优选为50～60mm；优选不含自然粉化的粉状石灰和碳渣；所述石灰优选注意避风和防潮，并在8小时内使用完毕；萤石、白云石优选手感烫热；精炼渣、钢渣友(脱氧剂)优选保持包装完好，其水分含量优选≤0.5％；碳粉、硅铁粉、硅钙粉、铝粉、增碳剂优选采用低温烘烤或干燥，其水分含量优选≤0.5％。

在本发明中，所述电炉熔炼和LF精炼过程中优选提高纯净度，降低获得的钢锭中气体含量，五害元素控制要求优选为：

As≤0.02wt％；

Sn≤0.01wt％；

Pb≤0.01wt％；

Sb≤0.01wt％；

Bi≤0.01wt％；

且As+Sn+Pb+Sb+Bi≤0.04wt％。

在本发明中，所述电炉熔炼和LF精炼过程中优选非金属夹杂物控制要求为(按照GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物显微评定方法》标准评定)：

A粗≤0.5级；A细≤0.5级；B粗≤1.0级；B细≤1.5级；C粗≤0.5级；C细≤0.5级；D粗≤1.0级；D细≤1.5级。

在本发明中，所述VD精炼即真空脱气精炼前优选对真空系统进行确认，优选≤12min抽真空至300Pa或≤7min抽真空至67Pa；优选对Ar系统进行检查确认，确保Ar管道不泄露、不堵塞；计量仪表的流量和压力可调节控制。

在本发明中，所述VD精炼过程中优选进入VD精炼时渣厚为60～100mm，更优选为70～90mm，最优选为80mm。

在本发明中，所述VD精炼过程中的真空度优选为65～67Pa，更优选为66Pa；吹氩流量优选为120～130L/min；破空前1～2min，吹氩流量优选控制在20～40L/min。在本发明中，所述VD精炼过程中优选破空后(精炼结束后破空)测温、取样测试H含量，优选H含量≤2.5ppm。

在本发明中，VD精炼完成后将得到的合金液进行模铸，所述模铸时采用的VD精炼时的吊包浇注，浇注温度优选为1485～1495℃，更优选为1490℃。

本发明在制备高速工具钢过程中优选对脱碳要求严格，优选在各个工序环节的供轧坯注意脱碳控制，优选严格执行退火及缓冷工艺制度，优选各环节的供轧坯表面均全部扒皮。

在本发明中，所述开坯过程中优选将上述模铸后的铸锭或铸锭经过锻造后的锻坯加热，所述加热过程一炉钢＞12支时优选分坑处理；所述加热的温度优选为1170～1190℃，更优选为1180℃；所述加热过程中优选间隔2小时将铸锭或锻坯进行翻面；所述加热过程中优选注意观察火焰，避免火焰直喷铸锭或锻坯表面。

在本发明中，所述铸锭为冷锭时优选按照下述方法预热后再进行加热，所述预热的方法优选为：

将所述铸锭在1小时内加热至300℃，然后以≤40℃/h，优选为20～40℃/h的速度加热至540℃，然后以≤60℃/h，优选为40～60℃/h的速度加热至790～810℃保温≥3h，优选为3～5h。

所述加热的方法优选为：

将上述预热后的产品在≥0.5h，优选为0.5～2h内加热至900℃，然后以≤100℃/h，优选为60～80℃/h的速度加热至1170～1190℃保温≥2h，优选为2～3h，然后加热至1190～1210℃保温≥1h，优选为2～3h。

在本发明中，所述铸锭的温度为400～600℃(不含600℃)时优选按照下述方法进行加热：

将所述铸锭在≥1h，优选为1～3h内加热至700℃，然后以≤80℃/h的速度，优选为60～70℃/h加热至900℃，然后以≤100℃/h的速度，优选为80～100℃/h加热至1170～1190℃保温≥2h，优选为2～4h，然后加热至1190～1210℃保温≥1h，优选为2～3h。

在本发明中，所述铸锭的温度为600～700℃(不含700℃)时优选按照下述方法进行加热：

将所述铸锭在≥1h内加热至800℃，然后以≤80℃/h的速度加热至900℃，然后以≤100℃/h的速度加热至1170～1190℃保温≥2h，然后加热至1190～1210℃保温≥2h。

在本发明中，所述铸锭的温度为700～800℃(不含800℃)时优选按照下述方法进行加热：

将所述铸锭在≥0.5h内加热至900℃，然后以≤100℃/h的速度加热至1170～1190℃保温≥2h，然后加热至1190～1210℃保温≥2h。

在本发明中，所述铸锭的温度≥800℃时优选按照下述方法进行加热：

将所述铸锭在≥0.5h内加热至1000℃，然后以≤150℃/h的速度加热至1170～1190℃保温≥2h，然后加热至1190～1210℃保温≥2h。

在本发明中，所述锻坯的加热方法优选为：

将所述锻坯在≥2h内加热至500℃，以≤80℃/h的速度加热至900℃，以≤100℃/h的速度加热至1170～1190℃保温≥2h，加热至1190～1210℃保温≥2h。

在本发明中，铸锭为扁锭的加热方法优选为：

将所述扁锭在90～150min内加热至1160～1180℃保温20～30min。

在本发明中，所述加热过程中优选第二段保温实测钢温不超过1210℃；3.2t扁锭在1180℃延长保温时间1h；3.2t扁锭支数≥13支时，3t扁锭和方锭钢锭支数≥14支时，优选分坑；分坑的时间段优选在1180℃保温1h后至1200℃保温1小时；分坑时间不计入总保温时间；所有锭型优选翻面，翻面的时间段优选在1180℃保温2h后至1200℃保温1小时；翻面时间不计入总保温时间；为确保钢锭在出钢过程中钢温均匀，在出钢时优选提温20℃直到出钢完毕，在待轧超过15分钟时优选降温至原保温温度。

在本发明中，所述轧制过程中优选关小轧辊冷却水，优选采用两火轧制，所述轧制过程中的保温时间优选为0.5～1小时。

在本发明中，轧制扁锭时优选严格控制出料节奏，前一支钢轧完后再出下一支。

在本发明中，铸锭为薄板时进行轧制之前优选进行板坯扒皮，优选根据坯料脱碳检验结果，确定单面扒皮量(要求总脱碳层去除干净)。

在本发明中，铸锭为薄板时的热轧工艺优选为：将薄板先进行轧制开坯再进行精轧，所述轧制开坯温度优选为1010～1030℃，均热时间优选为1～1.5min/mm，终轧温度优选≥870℃，更优选为870～890℃；所述精轧轧制温度优选为900～950℃，均热时间优选为1～1.5min/mm，终轧温度优选≥870℃，更优选为900～920℃。

在本发明中，铸锭为薄板时热轧完成后优选进行冷轧，优选冷轧前将热轧半成品板坯氧化皮修磨干净，冷轧变形量优选控制在35～50％。

在本发明中，所述轧制完成后优选还包括退火。在本发明中，所述退火优选为红退，若需冷退，则冷退的方法优选为：冷床空冷至≤500℃(钢表面暗红)后入缓冷坑缓冷≥60h后退火，具体工艺优选为：

将轧制后的产品≥3h内升温至840～860℃保温≥10h，以≤30℃/h的速度冷却至≤350℃后出炉空冷。

在本发明中，所述红退工艺方法优选为：

将轧制后的产品升温至840～860℃保温≥8h，以≤30℃/h的速度冷却至≤350℃后出炉空冷。

在本发明中，所述退火完成后优选将退火后的产品进行探伤、修磨、全扒皮，得到高速工具钢。

在本发明中，对于扁锭退火优选轧制后缓冷24小时后退火，优选退火炉密封严密，在没有氮气保护的情况下，优选采用碳粉保护防止脱碳。

在本发明中，铸锭为板锭或板坯的退火方法优选为：

将板坯(板锭)在≥3h内升温至770～790℃保温≥5h，然后以≤40℃/h的速度冷却至≤500℃出炉空冷。

在本发明中，板坯(板锭)退火后的钢坯优选头尾探伤防止缩孔、分层坯料下流，然后进行修磨、全扒皮；优选终轧坯取脱碳样，优选单边总脱碳层(铁素体+过渡层)小于公称厚度2％，优选每个规格取脱碳样两个。

在本发明中，铸锭为薄板时的退火工艺方法优选为：

将薄板以≤80℃/h的速度升温至840～860℃保温≥10h，然后炉冷至≤400℃出炉空冷。

在本发明中，铸锭为薄板时退火过程中优选装炉时加内罩、全程氮气足量保护、装入木炭造保护气氛，出炉热矫。

在本发明中，铸锭为薄板时冷轧后的冷轧半成品、成品退火工艺优选为：

在740～760℃保温10～35min后空冷。

本发明优选对制备得到的高速工具钢进行检验，检验项目优选包括超声波探伤；表面质量检验：低倍、高倍检验。

本发明提供的高速工具钢在化学成分上优于M2高速工具钢，在冶炼、开坯和轧制方面均加强了工艺的控制。本发明采用高Mo低W，能够使高速钢的晶粒细化，提高钢的淬透性，从而提高高速钢的强度和延展性；W降低到6wt％，适当降低钢的硬度；V含量控制在2wt％左右，细化组织和晶粒；对脱碳要求非常严格，在各个工序环节的供轧坯注意脱碳控制，严格执行退火及缓冷的工艺制度，各环节的供轧坯表面均全部扒皮。采用本发明提供的方法生产的高速工具钢，检验结果合格，属于高品质优质工具模具钢。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

按照下述方法制备得到高速工具钢：

将合金原料依次进行EF熔炼、LF精炼和VD精炼，得到合金液；

将所述合金液进行模铸，得到铸锭；

将所述铸锭进行开坯、成材，得到高速工具钢；

所述合金原料为含有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、V、W、Ni、Cu、As、Sn、Pb、Al、H元素的各种铁合金或单质原料。

所述EF熔炼过程中：将合金原料装料前炉底垫石灰800kg，然后装料，送电熔化，在温度为1580℃使炉料全熔；在1600℃进行氧化，吹氧脱C；加石灰400kg、萤石和脱氧剂进行预还原，脱氧剂用量为CaSi100kg/炉、Al块130kg/炉和C粉，预还原的时间为10min；温度为1650℃钢渣混冲出钢，在出钢量1/3时加入FeMo和FeW到钢包中；出钢完及时除渣进LF精炼。

所述LF精炼过程中：精炼温度为1550℃，喂AL线100m/炉，加入渣料石灰500kg、精炼渣400kg，入罐渣厚20mm；进行送电还原，使用80kg/炉C粉和250kg/炉钢渣友进行还原，钢渣友加入方式为精炼10min时加入钢渣友150kg，精炼期间隔10min按50kg、30kg、20kg加入钢渣友还原，精炼过程白渣保持时间为15min；精炼后期补加C粉保持还原气氛，精炼后期终渣控制为：50wt％的氧化钙，10wt％的二氧化硅，33wt％的三氧化二铝，8wt％的氧化镁。当化学成分[S]≤0.008wt％、吊包温度为1620℃后除渣约1/2进行VD精炼。

所述VD精炼过程中：渣厚为80mm；真空度为67Pa，真空保持时间为15min，吹氩流量为120L/min，破空前1～2min，吹氩流量为30L/min；VD精炼完成后[H]≤2.5ppm。

所述模铸过程中：浇注温度为1490℃，模温为60℃；浇注前通氩气3～5分钟，浇注时采用Ar气保护浇注；浇注过程中水口和浇口之间高度不能过高，高度尽量控制在≤100mm，减少钢液的二次污染，使用的中注管高度比锭模高300mm以上，保证钢水浇注时有足够的静压力；浇注时间为6～8min，得到铸锭。

所述开坯过程所涉及到的具体工艺参数为：

将铸锭进行加热，加热的工艺参数为：将铸锭在1小时内加热至700℃，然后以65℃/min的速度加热至900℃，然后以90℃/min的速度加热至1170℃保温3小时，然后加热至1200℃保温1小时。

将加热后的铸锭在1020℃进行轧制开坯，均热时间为1.3min/mm，终轧温度为880℃；然后在930℃精轧，均热时间为1.3min/mm，终轧温度为910℃。

将轧制后的产品在5小时内升温至780℃保温6小时，然后以30℃/h的速度冷却至350℃出炉空冷，得到高速工具钢。

对本发明实施例1制备得到高速工具钢进行取样检测，采用X射线荧光光谱仪、光电直读光谱仪、红外碳硫分析仪、氧氮氢分析仪按照GB/T 1299-2014《工模具钢》的标准，对本发明实施例1制备得到高速工具钢的成分进行检测，检测结果为，本发明实施例1制备得到的高速工具钢的成分为：

0.88wt％的C；0.385wt％的Si；0.27wt％的Mn；0.025wt％的P；0.003wt％的S；4.24wt％的Cr；5.28wt％的Mo；1.99wt％的V；6.27wt％的W；0.13wt％的Ni；0.11wt％的Cu；0.004wt％的As；0.004wt％的Sn；0.001wt％的Pb；0.022wt％的Al；0.0001wt％的H，余量为Fe。

采用GX51、BX41M/BX51M金相显微镜按照GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检测法》的标准，检测本发明实施例1制备得到的高速工具钢中的金属夹杂物，检测结果为：A类粗系0级，细系0.5级；B类粗系0级，细系1级；C类粗系0级，细系0级；D类粗系0级，细系0级。

按照GB/T14979-1994《钢的共晶碳化物不均匀度评定法》标准，对本发明实施例1制备的高速工具钢的共晶碳化物进行检测，检测结果为，共晶碳化物不均匀度合格级别不大于4。

采用GX51、BX41M/BX51M金相显微镜按照GB/T 6394-2017《金属平均晶粒度测定法》的标准，对本发明实施例1制备的高速工具钢的晶粒度进行检测，检测结果为，晶粒度为9.5级。

采用本发明提供的方法制备的高速工具钢，各方面性能均优于其他制造方法生产的高速工具钢，属高品质优质工具模具钢。

实施例2

按照下述方法制备得到高速工具钢：

将合金原料依次进行EF熔炼、LF精炼和VD精炼，得到合金液；

将所述合金液进行模铸，得到铸锭；

将所述铸锭进行开坯、成材，得到高速工具钢；

所述合金原料为含有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、V、W、Ni、Cu、As、Sn、Pb、Al、H元素的各种铁合金或单质原料。

所述EF熔炼过程中：将合金原料装料前炉底垫石灰800kg，然后装料，送电熔化，在温度为1590℃使炉料全熔；在1610℃进行氧化，吹氧脱C；加石灰400kg、萤石和脱氧剂进行预还原，脱氧剂用量为CaSi100kg/炉、Al块130kg/炉和C粉，预还原的时间为15min；温度为1660℃钢渣混冲出钢，在出钢量1/3时加入FeMo和FeW到钢包中；出钢完及时除渣进LF精炼。

所述LF精炼过程中：精炼温度为1560℃，喂AL线100m/炉，加入渣料石灰500kg、精炼渣400kg，入罐渣厚20mm；进行送电还原，使用70kg/炉C粉和250kg/炉钢渣友进行还原，钢渣友加入方式为精炼10min时加入钢渣友150kg，精炼期间隔10min按50kg、30kg、20kg加入钢渣友还原，精炼过程白渣保持时间为15min；精炼后期补加C粉保持还原气氛，精炼后期终渣控制为：48wt％的氧化钙，10wt％的二氧化硅，30wt％的三氧化二铝，8wt％的氧化镁。当化学成分[S]≤0.008wt％、吊包温度为1630℃后除渣约1/2进行VD精炼。

所述VD精炼过程中：渣厚为70mm；真空度为67Pa，真空保持时间为15min，吹氩流量为120L/min，破空前1～2min，吹氩流量为20L/min；VD精炼完成后[H]≤2.5ppm。

所述模铸过程中：浇注温度为1485℃，模温为50℃；浇注前通氩气3～5分钟，浇注时采用Ar气保护浇注；浇注过程中水口和浇口之间高度不能过高，高度尽量控制在≤100mm，减少钢液的二次污染，使用的中注管高度比锭模高300mm以上，保证钢水浇注时有足够的静压力；浇注时间为6～8min，得到铸锭。

所述开坯过程所涉及到的具体工艺参数为：

将铸锭进行加热，加热的工艺参数为：将铸锭在1小时内加热至700℃，然后以60℃/min的速度加热至900℃，然后以85℃/min的速度加热至1150℃保温3小时，然后加热至1180℃保温1小时。

将加热后的铸锭在1010℃进行轧制开坯，均热时间为1min/mm，终轧温度为870℃；然后在900℃精轧，均热时间为1min/mm，终轧温度为830℃。

将轧制后的产品在6小时内升温至770℃保温5小时，然后以30℃/h的速度冷却至400℃出炉空冷，得到高速工具钢。

对本发明实施例2制备得到高速工具钢进行取样检测，采用X射线荧光光谱仪、光电直读光谱仪、红外碳硫分析仪、氧氮氢分析仪按照GB/T 1299-2014《工模具钢》的标准，对本发明实施例2制备得到高速工具钢的成分进行检测，检测结果为，本发明实施例1制备得到的高速工具钢的成分为：

0.89wt％的C；0.384wt％的Si；0.27wt％的Mn；0.025wt％的P；0.003wt％的S；4.25wt％的Cr；5.29wt％的Mo；2.00wt％的V；6.29wt％的W；0.12wt％的Ni；0.10wt％的Cu；0.003wt％的As；0.004wt％的Sn；0.001wt％的Pb；0.022wt％的Al；0.0001wt％的H，余量为Fe。

采用GX51、BX41M/BX51M金相显微镜按照GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检测法》的标准，检测本发明实施例2制备得到的高速工具钢中的金属夹杂物，检测结果为：A类粗系0级，细系0.5级；B类粗系0级，细系1级；C类粗系0级，细系0级；D类粗系0级，细系0级。

按照GB/T14979-1994《钢的共晶碳化物不均匀度评定法》标准，对本发明实施例2制备的高速工具钢的共晶碳化物进行检测，检测结果为，共晶碳化物不均匀度合格级别不大于4。

采用GX51、BX41M/BX51M金相显微镜按照GB/T 6394-2017《金属平均晶粒度测定法》的标准，对本发明实施例2制备的高速工具钢的晶粒度进行检测，检测结果为，晶粒度为9.5级。

采用本发明提供的方法制备的高速工具钢，各方面性能均优于其他制造方法生产的高速工具钢，属高品质优质工具模具钢。

实施例3

按照下述方法制备得到高速工具钢：

将合金原料依次进行EF熔炼、LF精炼和VD精炼，得到合金液；

将所述合金液进行模铸，得到铸锭；

将所述铸锭进行开坯、成材，得到高速工具钢；

所述合金原料为含有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo、V、W、Ni、Cu、As、Sn、Pb、Al、H元素的各种铁合金或单质原料。

所述EF熔炼过程中：将合金原料装料前炉底垫石灰800kg，然后装料，送电熔化，在温度为1585℃使炉料全熔；在1605℃进行氧化，吹氧脱C；加石灰400kg、萤石和脱氧剂进行预还原，脱氧剂用量为CaSi100kg/炉、Al块130kg/炉和C粉，预还原的时间为10min；温度为1655℃钢渣混冲出钢，在出钢量1/3时加入FeMo和FeW到钢包中；出钢完及时除渣进LF精炼。

所述LF精炼过程中：精炼温度为1555℃，喂AL线100m/炉，加入渣料石灰500kg、精炼渣400kg，入罐渣厚20mm；进行送电还原，使用90kg/炉C粉和250kg/炉钢渣友进行还原，钢渣友加入方式为精炼10min时加入钢渣友150kg，精炼期间隔10min按50kg、30kg、20kg加入钢渣友还原，精炼过程白渣保持时间为15min；精炼后期补加C粉保持还原气氛，精炼后期终渣控制为：55wt％的氧化钙，10wt％的二氧化硅，35wt％的三氧化二铝，8wt％的氧化镁。当化学成分[S]≤0.008wt％、吊包温度为1625℃后除渣约1/2进行VD精炼。

所述VD精炼过程中：渣厚为90mm；真空度为67Pa，真空保持时间为15min，吹氩流量为120L/min，破空前1～2min，吹氩流量为40L/min；VD精炼完成后[H]≤2.5ppm。

所述模铸过程中：浇注温度为1495℃，模温为80℃；浇注前通氩气3～5分钟，浇注时采用Ar气保护浇注；浇注过程中水口和浇口之间高度不能过高，高度尽量控制在≤100mm，减少钢液的二次污染，使用的中注管高度比锭模高300mm以上，保证钢水浇注时有足够的静压力；浇注时间为6～8min，得到铸锭。

所述开坯过程所涉及到的具体工艺参数为：

将铸锭进行加热，加热的工艺参数为：将铸锭在1小时内加热至700℃，然后以70℃/min的速度加热至900℃，然后以95℃/min的速度加热至1160℃保温3小时，然后加热至1190℃保温1小时。

将加热后的铸锭在1030℃进行轧制开坯，均热时间为1.5min/mm，终轧温度为910℃；然后在950℃精轧，均热时间为1.5min/mm，终轧温度为900℃。

将轧制后的产品在4小时内升温至790℃保温6小时，然后以35℃/h的速度冷却至450℃出炉空冷，得到高速工具钢。

对本发明实施例3制备得到高速工具钢进行取样检测，采用X射线荧光光谱仪、光电直读光谱仪、红外碳硫分析仪、氧氮氢分析仪按照GB/T 1299-2014《工模具钢》的标准，对本发明实施例1制备得到高速工具钢的成分进行检测，检测结果为，本发明实施例3制备得到的高速工具钢的成分为：

0.87wt％的C；0.388wt％的Si；0.26wt％的Mn；0.025wt％的P；0.003wt％的S；4.26wt％的Cr；5.31wt％的Mo；1.98wt％的V；6.30wt％的W；0.11wt％的Ni；0.11wt％的Cu；0.004wt％的As；0.003wt％的Sn；0.001wt％的Pb；0.022wt％的Al；0.0001wt％的H，余量为Fe。

采用GX51、BX41M/BX51M金相显微镜按照GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检测法》的标准，检测本发明实施例3制备得到的高速工具钢中的金属夹杂物，检测结果为：A类粗系0级，细系0.5级；B类粗系0级，细系1级；C类粗系0级，细系0级；D类粗系0级，细系0级。

按照GB/T14979-1994《钢的共晶碳化物不均匀度评定法》标准，对本发明实施例3制备的高速工具钢的共晶碳化物进行检测，检测结果为，共晶碳化物不均匀度合格级别不大于4。

采用GX51、BX41M/BX51M金相显微镜按照GB/T 6394-2017《金属平均晶粒度测定法》的标准，对本发明实施例1制备的高速工具钢的晶粒度进行检测，检测结果为，晶粒度为9.0级。

采用本发明提供的方法制备的高速工具钢，各方面性能均优于其他制造方法生产的高速工具钢，属高品质优质工具模具钢。

由以上实施例可知，本发明提供了一种高速工具钢，成分为：0.85～0.90wt％的C；0.30～0.45wt％的Si；0.20～0.40wt％的Mn；≤0.025wt％的P；≤0.005wt％的S；4.10～4.40wt％的Cr；5.20～5.50wt％的Mo；1.90～2.20wt％的V；6.20～6.50wt％的W；≤0.30wt％的Ni；≤0.25wt％的Cu；0.001～0.005wt％的As；0.001～0.005wt％的Sn；0.0005～0.0015wt％的Pb；0.02～0.025wt％的Al；0.00005～0.00015wt％的H，余量为Fe。本发明采用高Mo低W，能够使高速钢的晶粒细化，提高钢的淬透性，从而提高高速钢的强度和延展性；V含量控制在0.2wt％左右，能够细化组织和晶粒，使高速工具钢具有良好的性能。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高速工具钢，成分为：

0.85～0.90wt％的C；

0.30～0.45wt％的Si；

0.20～0.40wt％的Mn；

≤0.025wt％的P；

≤0.005wt％的S；

4.10～4.40wt％的Cr；

5.20～5.50wt％的Mo；

1.90～2.20wt％的V；

6.20～6.50wt％的W；

≤0.30wt％的Ni；

≤0.25wt％的Cu；

0.001～0.005wt％的As；

0.001～0.005wt％的Sn；

0.0005～0.0015wt％的Pb；

0.02～0.025wt％的Al；

0.00005～0.00015wt％的H；

余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的高速工具钢，其特征在于，成分为：

0.88wt％的C；

0.385wt％的Si；

0.27wt％的Mn；

0.025wt％的P；

0.003wt％的S；

4.24wt％的Cr；

5.28wt％的Mo；

1.99wt％的V；

6.27wt％的W；

0.13wt％的Ni；

0.11wt％的Cu；

0.004wt％的As；

0.004wt％的Sn；

0.001wt％的Pb；

0.022wt％的Al；

0.0001wt％的H；

余量为Fe。

3.一种高速工具钢的制备方法，包括：

将合金原料依次进行EF熔炼、LF精炼和VD精炼，然后进行模铸、开坯、轧制和退火，得到高速工具钢；

所述高速工具钢，成分为：

0.85～0.90wt％的C；

0.30～0.45wt％的Si；

0.20～0.40wt％的Mn；

≤0.025wt％的P；

≤0.005wt％的S；

4.10～4.40wt％的Cr；

5.20～5.50wt％的Mo；

1.90～2.20wt％的V；

6.20～6.50wt％的W；

≤0.30wt％的Ni；

≤0.25wt％的Cu；

0.003～0.005wt％的As；

0.003～0.005wt％的Sn；

0.0005～0.0015wt％的Pb；

0.02～0.025wt％的Al；

0.00005～0.00015wt％的H；

余量为Fe。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述EF熔炼过程中的全熔温度1580℃～1600℃；出钢温度1650℃～1680℃。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述LF精炼过程中控制终渣的成分包括：

48～55wt％的CaO；

7～10wt％的SiO₂；

30～35wt％的Al₂O₃；

5～8wt％的MgO。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述VD精炼过程中的真空度为65～67Pa，吹氩流量为120～130L/min。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述模铸过程中的浇注温度为1485～1495℃。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述开坯过程中进行加热，所述加热的温度为1170～1190℃。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述轧制为：

先进行轧制开坯再进行精轧；

所述轧制开坯的温度为1010～1030℃，均热时间为1～1.5min/mm，终轧温度870～950℃；

所述精轧的温度为900～950℃，均热时间为1～1.5min/mm，终轧温度830～900℃。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述退火的方法为：

将轧制后的产品在3～6h内升温至770～790℃保温5～7h，然后以30～40℃/h的速度冷却至300～500℃出炉空冷。